Transcript الباب السابع جهد الماء األرضى SOIL WATER POTENTIAL جهد الماء األرضى Water potential  يعرف الجهد المائي بأنه كمية الشغل الالزم بذله للحصول على وحدة.

‫الباب السابع‬
‫جهد الماء األرضى‬
‫‪SOIL WATER POTENTIAL‬‬
‫جهد الماء األرضى‬
‫‪Water potential‬‬
‫‪ ‬يعرف الجهد المائي بأنه كمية الشغل الالزم بذله للحصول على وحدة الكميه‬
‫من الماء لكي تنتقل من المستوى القياسي إلى موضع الدراسة‪( .‬أي النقطة‬
‫المراد معرفة الجهد عندها) عند نفس درجة الحرارة‪.‬‬
‫‪ ‬المستوى القياسي يمكن اعتباره سطح ماء نقي حر عند الضغط الجوي‬
‫(مستوى الماء األرضي)‪.‬‬
‫يمكن التعبير عن جهد الماء علي األسس الثالث التالية‬
‫على أساس الحجم‪:‬‬
‫‪Energy/Volume = (ML2T-2)/ (L3) = ML-1T-2‬‬
‫وهي تساوي أبعاد الضغط وفي هذه الحالة تكون الوحدات ‪Pa, Kg m-1s-2, Jm-3:‬‬
‫على أساس الكتلة‪:‬‬
‫‪Energy/mass = (ML2T-2)/ (M) = L2T-2‬‬
‫ويعبر عنها بوحدة ‪.m2s-2 , JKg-1 :‬‬
‫على أساس الوزن ‪basis‬‬
‫‪:Weight‬‬
‫حيث أن الوزن عبارة عن قوة‬
‫‪Energy/Weight = (ML2T-2) / (MLT-2) = L‬‬
‫‪ ‬ويعبر عنها بوحدة المتر (‪.)m‬‬
‫‪ ‬هي األكثر شيوعا واألسهل استخداما في األرض‪.‬‬
‫‪ ‬يعبر عن الجهد في هذه الحالة بارتفاع عمود الماء‪.‬‬
‫ويمكن التحويل بين الوحدات المختلفة باستعمال ثوابت‬
‫التحويل التالية‪:‬‬
‫‪1 bar = 100 cb = 1000mb‬‬
‫‪= 1022 cm water = 1000 H2O‬‬
‫‪= 75.01 cm Hg‬‬
‫‪= 0.9869 atom or = 1 atom‬‬
‫‪= 100 J Kg-1 = 106 erg gm-1 = 106 dyne cm-2‬‬
‫ويعبر عن جهد الماء ‪ ψ w‬بداللة مكوناته كاآلتي ‪:‬‬
‫‪ψw = ψp + ψm + ψs‬‬
‫حيث‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪ ψp‬ترمز إلى جهد الضغط خاص باألرض المشبعة والفوق مشبعة (وقيمته موجبة)‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪ ψm‬ترمز إلى جهد الشد (الضغط السالب) خاص باألراضي الغير مشبعة(قيمة سالبة)‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪ ψs‬ترمز إلى الجهد اإلسموزي للماء النقي = صفر خاص باألمالح الذائبة في الماء‬
‫(أرض متأثرة باألمالح)‪.‬‬
‫‪‬‬
‫ويكون الجهد الكلي للماء (‪ )ψt‬عبارة عن مجموع جهد الماء مضافا إليه جهد الجاذبية‬
‫األرضية (‪.)ψg‬‬
‫‪ψt = ψw + ψg‬‬
‫جهد الجاذبية األرضية‬
‫‪Gravitational Potential‬‬
‫طاقة جهد الجاذبية األرضية‪.‬‬
‫‪Eg = m g z‬‬
‫حيث‪:‬‬
‫‪ Eg‬طاقة جهد الجاذبية األرضية ‪،‬‬
‫‪g‬عجلة الجاذبية ‪ z ،‬االرتفاع ‪،‬‬
‫‪ m‬كتلة الماء‬
‫جهد الجاذبية األرضية هو عبارة عن قيمة الفرق في ارتفاع النقطة‬
‫المراد قياسها عن مستوى قياس افتراضي فإذا كانت النقطة المراد معرفة‬
‫جهدها فوق المستوى القياسي فإن القيمه تأخذ إشارة موجبة والعكس في‬
‫حالة وجودها تحت المستوى القياسي فإن القيمة تأخذ إشارة سالبة كما في‬
‫الشكل التالي‪:‬‬
‫فوق المستوى القياسي‬
‫تحت المستوى القياسي‬
‫‪ +‬الموجبة‬
‫‪Ref = + g z‬‬
‫‪Ref = - g z‬‬
‫‪ -‬السالبة‬
‫جهد الضغط ‪Pressure Potential‬‬
‫وهو ما يحدث عندما يكون الماء األرضي عند ضغط هيدروستاتيكي‬
‫أكبر من الضغط الجوي وعليه فإن الماء المتواجد تحت سطح ماء حر يكون‬
‫تحت جهد ضغط موجب بينما يكون جهد ضغط الماء عند هذا السطح مساوي‬
‫(صفر) فالضغط الهيدروستاتيكي (‪ )P‬للماء بالنسبة للضغط الجوي‬
‫يكون‪:‬‬
‫‪P = ρw g h‬‬
‫حيث‪ ρw :‬كثافة الماء ‪ h ،‬عمق النقطة تحت سطح الماء الحر‪.‬‬
‫وتكون طاقة جهد الضغط ‪ Ep‬كاآلتي ‪:‬‬
‫)‪Ep = P(dv) = ρw g h (dv‬‬
‫وعلى أساس وحدة الوزن يكون جهد الضغط ‪ψp‬‬
‫كاآلتي‪:‬‬
‫‪ψp = h‬‬
‫‪ ‬عندما تكون وحدة الكمية من الماء معبرا عنها على أساس الوزن يكون‬
‫جهد الضغط عبارة عن ارتفاع سطح الماء الحر فوق النقطة المراد معرفة‬
‫جهدها في التربة‪.‬‬
‫‪ ‬يكون عبارة عن المسافة الرأسية من النقطة وسطح الماء داخل البيزومتر‬
‫‪Piezometers.‬‬
‫جهد الشد (الضغط السالب)‬
‫‪ ‬وهو الجهد المرتبط بقوى اإلدمصاص و الخاصية الشعرية بالتربة‪.‬‬
‫‪ ‬وهذه القوى تجذب الماء وتربطه و تخفض من طاقة جهده‪.‬‬
‫‪ ‬ولذلك فإن جهد الشد ‪ Ψm‬على أساس وحدة الوزن هي‪:‬‬
‫‪Ψm = - h‬‬
‫‪ ‬في التربة يكون عبارة عن المسافة الرأسية بين النقطة المراد قياسها‬
‫وبين سطح الماء داخل مانوميتر مملوء بالماء ومتصل بهذه النقطة عن‬
‫طريق جزء مسامي كأسي الشكل وذلك عند االتزان‪.‬‬
‫أرض‬
‫مانوميتر متصل باألرض‬
‫عن طريق جزء مسامي‬
‫جزء مسامي‬
‫‪h‬‬
‫مانوميتر‬
‫‪ ‬يوضع جهاز الشد في األرض لتتبع التغيرات في المحتوى‬
‫الرطوبي‪.‬‬
‫‪ ‬وبالتالي تغيرات جهد الشد وذلك نتيجة إضافات الماء أو نقصها‬
‫بواسطة النباتات أوالعوامل األخرى‪.‬‬
‫‪ ‬ولذ لك تستخدم قياسات الجهاز لجهود الشد المختلفة في تحديد‬
‫مواعيد الري‪.‬‬
‫‪ ‬على المستوى التجاري يكون مقياس التفريغ ذو التقسيم (صفر‪)100 -‬‬
‫وهذا يقابل مدى شد من (صفر – ‪ 1000‬سم)‪.‬‬
‫‪ ‬أي أن كل عالمة تمثل واحد سنتيبار (‪ )cb‬ويكون تقسيم (صفر –‬
‫‪ )1000‬لنفس مدى الشد فتكون كل عالمة ممثلة واحد ملليبار(‪.)mb‬‬
‫‪ ‬يكون حساب جهد الشد(‪ )Ψm‬بالجهاز كما يلي ‪:‬‬
‫‪Ψm = - (RN) + Z0‬‬
‫‪ ‬حيث ‪:‬‬
‫‪ R ‬هي قراءة عداد مقياس التفريغ‪.‬‬
‫‪ N ‬تساوي (واحد) إذا كان المقياس مدرج أللف قسم ‪.mb‬‬
‫‪ N ‬تساوي ‪( 10‬عشرة) إذا كان المقياس مدرج لمائة قسم ‪.cb‬‬
‫‪ ‬تكون قيمة ‪ Ψm‬المتحصل عليها في الحالتين ‪.H2O cm‬‬
‫‪Z0 ‬هي البعد الرأسي لمقياس التفريغ من الجزء السيراميكي المسامي‪.‬‬
‫ويمكن استبدال مقياس التفريغ بالمانوميتر الزئبقي ‪Mercury‬‬
‫‪ manometer‬ويكون حساب جهد الشد كاآلتي‪:‬‬
‫‪Hg – H2O‬‬
‫‪Ψm= -ZHg‬‬
‫‪+ Z0‬‬
‫‪H2O‬‬
‫حيث‪:‬‬
‫‪ Hg ‬كثافة الزئبق وتساوي ‪ 13600‬كجم م‪.3-‬‬
‫‪ H2O ‬كثافة الماء وتساوي ‪ 1000‬كجم م‪.3-‬‬
‫‪ Z ‬تساوي (‪ ، )ZHg + Z0‬ولذلك فالمعادلة النهائية هي‪:‬‬
‫‪Ψm = (-12.6 ZHg) + Z0‬‬
‫حيثثثث ‪ ZHg‬هثثثو ارتفثثثاب الزئبثثثق فثثثي المثثثانوميتر فثثثوق السثثثط المعثثثرض‬
‫للضغط الجوي‪.‬‬
‫الجهد األسموزي‬
‫‪ ‬ويرجع لتأثير المواد الذائبة بالماء األرضي‪.‬‬
‫‪ ‬وتقلل من طاقة الجهد الخاصة به وذلك بخفض الضغط البخاري للماء‬
‫األرضي‪.‬‬
‫‪ ‬الجهد األسموزي للماء النقي يساوي صفر‪.‬‬
‫‪ ‬يمكن قياس مجموع جهد الشد والجهد األسموزي للماء األرضي بواسطة‬
‫جهاز المزدوج الحراري السيكومتري ‪Thermo Cupple Psychrometer‬‬
‫لقياس الرطوبة الجوية‪.‬‬
‫‪ ‬ويتم ذلك بضمان وجود اتزان حراري وعدم وجود تأثير للجاذبية األرضية‪.‬‬
‫‪ ‬في هذه الحالة يمكن أخذ جهد البخار مساويا لمجموع الجهد األسموزي‬
‫وجهد الشد‪.‬‬
‫‪ ‬الجهد األسموزي له قيمة سالبة أوصفرا في األراضي غير الملحية‪.‬‬
‫‪ ‬الجهد األسموزي غير هام في حالة تدفق الماء ألن األمالح تتحرك مع الماء‬
‫وسريعا ما تتوازن باألرض‪.‬‬
‫مثــــــــــال وتدريب محلول‬
‫في حالة جهاز شد رطوبي ‪ Tensiometer‬ذو قياس تفريغ‬
‫مقسم من صفر إلى ‪ 100‬كانت القراءة ‪ 31‬ألرض متوسطة القوام‬
‫وكانت المسافة الرأسية من المقياس إلى الجزء السيراميكي ‪80‬‬
‫سم والمطلوب حساب‪:‬‬
‫أ‪ -‬جهد الشد‪.‬‬
‫ب‪ -‬إرتفاع الزئبق داخل المانوميتر لو أن المقياس استبدل‬
‫بمانوميتر زئبقي‪.‬‬
‫الحــــــــل‬
‫لحساب جهد الشد‪:‬‬
‫‪Ψm = [-R x N)] + Z0‬‬
‫‪Ψm = [-(31 x 10)] + 80 = -310 + 80‬‬
‫‪= -230 cm H2O‬‬
‫‪= -0.23 bar‬‬
‫‪= -23 K Pa‬‬
‫وهي في مجال السعة الحقلية )‪(0.1 – 0.3 bar) or (10 – 33 KPa‬‬
‫لحساب ارتفاع الزئبق داخل المانوميتر الزئبقي‪:‬‬
‫‪Ψm = (-12.6 ZHg) +Z0‬‬
‫‪-230 = (-12.6 ZHg) + 80‬‬
‫‪ZHg = (-230 – 80) / (-12.6)= -310 /-12.6‬‬
‫‪= 24.6 cm Hg‬‬